馬切伊·馬塞爾科讓野生性行為變得致命——對於轉基因生物而言。馬塞爾科是明尼蘇達大學明尼阿波利斯-聖保羅分校的合成生物學家，他和他的同事們利用基因編輯工具創造出了轉基因酵母，這些酵母無法與它們的野生同類成功繁殖。他們說，透過這樣做，他們已經設計出了合成物種。
“我們想要的東西在各方面都與原始生物相同，只是在基因上不相容，”馬塞爾科說。他計劃於1月16日在加利福尼亞州聖地亞哥舉行的年度植物和動物基因組會議上展示他的工作。這項研究由明尼蘇達大學的生物化學家邁克爾·斯曼斯基共同領導。
研究人員希望，這項技術可以用於防止轉基因植物將基因傳播給未經改造的作物和雜草，從而控制實驗室生物。它甚至可能透過用改良的同類生物取代野生生物，來幫助防治害蟲和入侵物種。其他科學家表示，這種方法很有前景，但警告說，它可能會受到技術障礙的阻礙，例如改良生物在野外生存和競爭的能力。“這是一個巧妙的系統，如果成功，可能會有許多應用，”北卡羅來納州立大學羅利分校的進化生物學家弗雷德·古爾德說。
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自毀模式
馬塞爾科和斯曼斯基使用了 CRISPR–Cas9 基因編輯工具 ，不是為了編輯目標基因，而是為了改變它們的表達。該團隊引導 Cas9 酶過度啟用基因，使其蛋白質產物積累到有毒水平。當他們首次在啤酒酵母（釀酒酵母）中測試這種方法時，他們將一種名為肌動蛋白的蛋白質水平提高到含有它的細胞爆炸的程度。
為了防止轉基因酵母細胞與其他菌株成功交配，該團隊對酵母細胞進行了兩項改造：一項類似於“毒藥”的改造，產生了一種 Cas9 變體，它與其他因素協同作用，識別並過度啟用肌動蛋白基因。第二項改造是“解藥”，是一種阻止 Cas9 過度表達肌動蛋白的突變。
馬塞爾科和斯曼斯基的團隊在十月份的《自然通訊》雜誌上報告說，含有毒藥和解藥的酵母菌株與攜帶解藥的菌株交配時，產生了健康的後代。但是，當改良菌株與缺乏解藥的不同實驗室菌株雜交時，幾乎所有後代都像氣球一樣爆裂了。
本週，馬塞爾科計劃討論該團隊在利用一種名為 wingless 的發育基因作為毒藥，工程化合成果蠅物種方面取得的進展。馬塞爾科說，很快將在植物、蚊子、線蟲和斑馬魚中開始這項工作。他和斯曼斯基已經申請了該方法的專利。
對抗入侵
合成物種也可以用來戰勝和 控制不想要的物種 ，這些物種傳播疾病或危害生態系統。在對會議的另一項貢獻中，馬塞爾科的同事西巴·達斯也在明尼蘇達大學，正在展示一個數學模型，該模型展示了合成物種形成如何對抗入侵鯉魚，入侵鯉魚已經破壞了明尼蘇達州和美國中部其他州的河流和湖泊，透過取代入侵物種。
然而，加州大學聖地亞哥分校的分子生物學家奧馬爾·阿克巴里說，阻止雜交繁殖的基因改造——毒藥和解藥——可能會帶來巨大的進化適應性成本。Cas9 酶並不總是能識別其目標基因，並可能提高其他基因的活性。這種“脫靶效應”可能會削弱改良生物的健康。阿克巴里補充說，任何影響生物潛在健康的影響都應該很容易在果蠅的實驗室實驗中檢測到。“我不確定這是否會產生足夠適應野外競爭的菌株，”阿克巴里說。
古爾德同意，在不產生進化成本的情況下，很難設計出生殖隔離。科學家們可能會透過釋放大量改良生物來克服這一障礙，以增加合成物種取代野生生物的可能性。儘管如此，古爾德——他正在研究 其他對抗害蟲的基因方法 ——很高興看到另一種技術。“我永遠不會把所有的雞蛋放在一個籃子裡，”他說。
本文經許可轉載，並於 2017年1月15日首次發表 。